基因工程專題2PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1基因工程專題基因工程專題2 長期以來，棉鈴蟲是我國棉花重大害蟲長期以來，棉鈴蟲是我國棉花重大害蟲之一，而棉鈴蟲的防治主要以化學(xué)防治為主。之一，而棉鈴蟲的防治主要以化學(xué)防治為主。上世紀(jì)九十年代，由于氣候條件適宜、棉鈴蟲上世紀(jì)九十年代，由于氣候條件適宜、棉鈴蟲抗藥性增強(qiáng)等原因，棉鈴蟲連續(xù)暴發(fā)為害，每抗藥性增強(qiáng)等原因，棉鈴蟲連續(xù)暴發(fā)為害，每年給國家造成幾十億甚至上百億元的經(jīng)濟(jì)損失年給國家造成幾十億甚至上百億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此，棉農(nóng)不得不高頻次、高濃度地施用殺。因此，棉農(nóng)不得不高頻次、高濃度地施用殺蟲劑，每年防治棉鈴蟲蟲劑，每年防治棉鈴蟲20余次，不僅增加了棉余次，不僅增加了棉花的生產(chǎn)成本和棉

2、農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，也破壞了生花的生產(chǎn)成本和棉農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，也破壞了生態(tài)環(huán)境，同時(shí)還嚴(yán)重?fù)p害了棉農(nóng)的身心健康。態(tài)環(huán)境，同時(shí)還嚴(yán)重?fù)p害了棉農(nóng)的身心健康。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，19921996年棉農(nóng)因防治棉年棉農(nóng)因防治棉鈴蟲而中毒的人數(shù)超過鈴蟲而中毒的人數(shù)超過24萬人次。萬人次。第1頁/共27頁 早在早在1938年，蘇云金芽孢桿菌（即年，蘇云金芽孢桿菌（即Bt）作為一種生）作為一種生物殺蟲劑就用于防治地中海粉螟。物殺蟲劑就用于防治地中海粉螟。1981年，科學(xué)家首年，科學(xué)家首次成功克隆了第一個(gè)編碼次成功克隆了第一個(gè)編碼Bt殺蟲晶體蛋白基因。殺蟲晶體蛋白基因。1988年美國孟山都公司獲得轉(zhuǎn)年美國孟山都

3、公司獲得轉(zhuǎn)Bt棉花。我國科學(xué)家于棉花。我國科學(xué)家于1992年底研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的年底研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Bt殺蟲基因，并將殺蟲基因，并將Bt殺蟲基因?qū)朊藁?，?chuàng)造出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，這使我殺蟲基因?qū)朊藁ǎ瑒?chuàng)造出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，這使我國成為第二個(gè)能夠獨(dú)立研制抗蟲棉的國家。國成為第二個(gè)能夠獨(dú)立研制抗蟲棉的國家。2002年我年我國建成國建成“棉花規(guī)?；D(zhuǎn)基因技術(shù)體系平臺(tái)棉花規(guī)?；D(zhuǎn)基因技術(shù)體系平臺(tái)”，培養(yǎng)周，培養(yǎng)周期由原來的期由原來的12個(gè)月縮短到個(gè)月縮短到6個(gè)月，轉(zhuǎn)基因試管苗移栽個(gè)月，轉(zhuǎn)基因試管苗移栽成活率提高到成活率提高到90%以上；可以同時(shí)利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法以上；可以同時(shí)利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)

4、法、花粉管通道法和基因槍轟擊法、花粉管通道法和基因槍轟擊法3種方法進(jìn)行外源基種方法進(jìn)行外源基因的遺傳轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了流水線操作，年產(chǎn)轉(zhuǎn)基因植株因的遺傳轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了流水線操作，年產(chǎn)轉(zhuǎn)基因植株8000株以上，真正做到了棉花轉(zhuǎn)基因規(guī)模化和工廠化株以上，真正做到了棉花轉(zhuǎn)基因規(guī)?；凸S化。 第2頁/共27頁第3頁/共27頁抗蟲基因（抗蟲基因（目的基因目的基因）的）的切割、改造、修切割、改造、修飾飾拼接拼接（目目的基的基因因與與運(yùn)載運(yùn)載體拼體拼接接）重組重組DNA導(dǎo)導(dǎo)入棉花體入棉花體細(xì)胞細(xì)胞（受受體細(xì)胞體細(xì)胞）抗蟲基因（抗蟲基因（目的基因在目的基因在棉花體細(xì)胞棉花體細(xì)胞中）中）表達(dá)表達(dá)運(yùn)載體運(yùn)載體-質(zhì)粒質(zhì)粒

5、第4頁/共27頁基因工程的三種工具：限制性核酸內(nèi)切酶基因工程的三種工具：限制性核酸內(nèi)切酶-“分子分子手術(shù)刀手術(shù)刀”；DNA連接酶連接酶-“分子分子縫合針縫合針”；基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體；基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體-“分子分子運(yùn)輸車運(yùn)輸車”-“分子工具分子工具”第5頁/共27頁磷酸二磷酸二酯鍵酯鍵限制性限制性內(nèi)切酶內(nèi)切酶第6頁/共27頁識(shí)別序列的中軸線識(shí)別序列的中軸線處切開處切開平末端平末端識(shí)別序列的中軸線兩側(cè)分識(shí)別序列的中軸線兩側(cè)分別切開別切開-粘性末端粘性末端第7頁/共27頁第8頁/共27頁第9頁/共27頁E-coliDNA連接酶有何特點(diǎn)？連接酶有何特點(diǎn)？第10頁/共27頁T4DNA連接酶連接酶

6、有何特點(diǎn)？有何特點(diǎn)？第11頁/共27頁第12頁/共27頁DNA連接酶連接酶（作用位點(diǎn)（作用位點(diǎn)）（作用對(duì)象（作用對(duì)象-雙鏈片段）雙鏈片段）第13頁/共27頁DNA連接酶是一種封閉連接酶是一種封閉DNA鏈上缺口酶，借助鏈上缺口酶，借助ATP等等水解提供的能量催化水解提供的能量催化DNA鏈鏈的的5-PO4與與另一另一DNA鏈鏈的的3-OH生成生成磷酸二酯鍵（必須是兩條緊鄰磷酸二酯鍵（必須是兩條緊鄰DNA鏈才能鏈才能被被DNA連接酶催化成磷酸二酯鍵。）連接酶催化成磷酸二酯鍵。）。 第14頁/共27頁第15頁/共27頁將外源將外源DNA帶入宿主細(xì)胞并進(jìn)行復(fù)制的運(yùn)載工具帶入宿主細(xì)胞并進(jìn)行復(fù)制的運(yùn)載工具稱

7、為運(yùn)載體（稱為運(yùn)載體（vector），），運(yùn)載體通常是質(zhì)粒、運(yùn)載體通常是質(zhì)粒、 噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒。噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒。 第16頁/共27頁第17頁/共27頁質(zhì)粒質(zhì)粒是細(xì)菌擬核外自主復(fù)制的遺傳因子，多是細(xì)菌擬核外自主復(fù)制的遺傳因子，多為閉環(huán)為閉環(huán)DNA分子，天然存在于細(xì)菌、真菌（分子，天然存在于細(xì)菌、真菌（如酵母菌）細(xì)胞內(nèi)，質(zhì)?？梢宰园l(fā)地從一個(gè)如酵母菌）細(xì)胞內(nèi)，質(zhì)?？梢宰园l(fā)地從一個(gè)細(xì)菌遷移進(jìn)入另一個(gè)細(xì)菌。細(xì)菌遷移進(jìn)入另一個(gè)細(xì)菌。宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞指的是指的是目的基因進(jìn)行克隆的細(xì)胞。如果目的基因的目的基因進(jìn)行克隆的細(xì)胞。如果目的基因的宿主是細(xì)菌或真菌，宿主是細(xì)菌或真菌，通常用質(zhì)粒做目的

8、基因通常用質(zhì)粒做目的基因的運(yùn)載體，特殊情況下用噬菌體做運(yùn)載體；的運(yùn)載體，特殊情況下用噬菌體做運(yùn)載體；如果宿主細(xì)胞是動(dòng)植物，載體通常選取病毒如果宿主細(xì)胞是動(dòng)植物，載體通常選取病毒或染色體或染色體DNA構(gòu)建。構(gòu)建。我們把經(jīng)過改造完成的我們把經(jīng)過改造完成的能運(yùn)送目的基因的載體稱為能運(yùn)送目的基因的載體稱為克隆載體克隆載體。第18頁/共27頁第19頁/共27頁理想的理想的基因工程基因工程運(yùn)載體運(yùn)載體一般至少有以下幾點(diǎn)要求一般至少有以下幾點(diǎn)要求： 能在宿主細(xì)胞中保存并能夠大量復(fù)制。能在宿主細(xì)胞中保存并能夠大量復(fù)制。 具有多個(gè)限制酶的切點(diǎn)，而且每一種限制酶的切具有多個(gè)限制酶的切點(diǎn)，而且每一種限制酶的切點(diǎn)點(diǎn)

9、最好只有一個(gè)，可適于多種限制酶切割的最好只有一個(gè)，可適于多種限制酶切割的DNA插插入。入。 重組重組DNA 導(dǎo)入后不影響其進(jìn)入宿主細(xì)胞和在細(xì)胞導(dǎo)入后不影響其進(jìn)入宿主細(xì)胞和在細(xì)胞中的復(fù)制，并能在細(xì)胞中自我復(fù)制，或整合到染色體中的復(fù)制，并能在細(xì)胞中自我復(fù)制，或整合到染色體上，隨染色體上，隨染色體DNA同步復(fù)制，使用安全。同步復(fù)制，使用安全。 具有一定的標(biāo)記基因，具有容易被識(shí)別篩選的標(biāo)具有一定的標(biāo)記基因，具有容易被識(shí)別篩選的標(biāo)志，當(dāng)其進(jìn)入宿主細(xì)胞、或攜帶著外來的核酸序列進(jìn)志，當(dāng)其進(jìn)入宿主細(xì)胞、或攜帶著外來的核酸序列進(jìn)入宿主細(xì)胞都能容易被辨認(rèn)和分離出來，并能淘汰未入宿主細(xì)胞都能容易被辨認(rèn)和分離出來，并

10、能淘汰未重組的空運(yùn)載體重組的空運(yùn)載體運(yùn)載體質(zhì)粒通常是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人運(yùn)載體質(zhì)粒通常是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的。工改造的。第20頁/共27頁第21頁/共27頁第22頁/共27頁第23頁/共27頁DNA連接酶：主要是連接連接酶：主要是連接DNA片段之間的磷酸二酯鍵片段之間的磷酸二酯鍵，在基因工程中起作用。，在基因工程中起作用。DNA聚合酶：主要是連接聚合酶：主要是連接DNA片段與單個(gè)脫氧核苷酸片段與單個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，在之間的磷酸二酯鍵，在DNA復(fù)制中起做用。復(fù)制中起做用。DNA聚合酶是以一條聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈；而鏈；而DNA連接酶是將連接酶是將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來。因此。因此DNA連接酶不需要模板。連接酶不需要模板。解旋酶：是一類解開